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PROCEDE DE FUSION DU ZINC.
La présente invention se rapporte à la production de vapeurs mé- talliques de zinc et plus particulièrement à la prévention de l'oxydation des vapeurs métalliques de zinc par les constituants oxydants présents dans les gaz diluants qui accompagnent généralement la vapeur de zinc.
Dans les opérations métallurgiques comportant la production de vapeurs de zinc à titre de produit principal, ces vapeurs sont généralement accompagnées d'un gaz diluant. C'est ainsi que dans les opérations de fusion du zinc, on obtient le zinc métallique sous la forme d'une vapeur diluée par les gaz de fusion. En outre, dans les opérations de récupération de zinc mé- tallique comportant le chauffage de zinc métallique impur, tel que des cras- ses, pour en recueillir séparément le zinc sous forme de vapeur, on préserve le zinc contre l'oxydation par production délibérée in situ d'une atmosphère gazeuse inerte ou réductrice, ou par addition d'une telle atmosphère.
Ces gaz diluants, quelle que soit leur source, comprennent généralement de l'oxyde de carbone accompagné d'une certaine quantité d'anhydride carboniqueo On trouve aussi parfois dans ces gaz de la vapeur d'eau et de petites quantités d'oxygène atmosphérique. Ces constituants oxydants, comprenant particulière- ment de l'anhydride carbonique outre la vapeur d'eau et 1-'oxygène,exercent une action oxydante prononcée sur la vapeur de zinc métallique, action qui est indésirable dans toutes les opérations sauf celles où la vapeur de zinc est délibérément brûlée pour produire de l'oxyde de zinc.
L'effet nuisible de l'oxydation de la vapeur de zinc métallique par les constituants oxydants présents dans un gaz diluant est particulièrement désavantageux quand on doit condenser la vapeur de zinc métallique sous forme de métal fondu, la vapeur de zinc oxydée produisant une poudre bleue et l'accumulation d'agrégats d'oxy- de.
La demanderesse a découvert qu'on peut empêcher,.ou tout au moins réduire à un minimum admissible, l'oxydation de la vapeur de zinc métallique en oxydant les constituants présents dans un gaz diluant contenant la vapeur
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de zinc. On obtient ce résultat, conformément à la présente invention,
en in- troduisant dans le produit gazeux chaud contenant la vapeur de zinc métalli- que une certaine quantité d'un hydrocarbure craquable de manière à produire par craquage in situ un nuage flottant de particules de carbone naissant in- candescenteso Si la quantité d'hydrocarbure craquable introduite dans les gaz contenant la vapeur de zinc est suffisante pour neutraliser d'une manière sensiblement complète le pouvoir oxydant des constituants oxydants présents dans les gaz en les transformant en oxyde de carbone ou en hydrogène, ou les deux, l'oxydation de la vapeur de zinc est réduite à une valeur négli- 'geable et l'oxyde de zinc éventuellement formé est de nouveau réduit con- formément à la réaction ZnO + CO = Zn + CO2,
étant donné que l'anhydride carbonique ainsi formé est rapidement transformé en CO par le carbone nais- sant incandescent.
Les opérations métallurgiques dans-lesquelles l'oxydation de la vapeur de zinc métallique peut être diminuée conformément à la présente in- vention sont celles dans lesquelles il y a production d'une masse gazeuse chaude contenant la vapeur de zinc en mélange avec un gaz diluant comprenant un constituant oxydant. C'est ainsi que l'invention peut être mise en prati- que d'une manière particulièrement avantageuse dans le haut fourneau ou le four électrique de fusion des minerais de zinc. Dans ces opérations de fusion, il se forme dans les gaz de la fusion une quantité appréciable d'anhydride carbonique. Dans le haut-fourneau, il se forme une quantité relativement grande d'anhydride carbonique par suite de l'introduction d'une quantité substantielle d'air dans la zone de fusion.
Dans le four électrique, il se produit une certaine quantité d'anhydride carbonique par suite de la combus- tion complète de la matière réductrice carbonée, généralement par réaction entre l'oxyde de carbone et l'oxyde métallique non réduit. En outre, dans les opérations où le gaz diluant accompagnant la vapeur de zinc comprend de l'oxyde de carbone, cornue dans le cas de la fusion au four électrique, ainsi que dans celui de la distillation du zinc qui comporte l'utilisation d'oxyde de carbone en qualité d'atmosphère protectrice, l'oxyde de carbone se dissocie dans une proportion appréciable en anhydride carbonique et en carbone au moment où les gaz contenant la vapeur de zinc sont refroidis dans une échelle de température commençant à peu près à la température d'é- bullition du zinc.
Ce stade de refroidissement peut avoir lieu dans le four de fusion ou de distillation ou à l'extérieur, au cours de la condensation de la vapeur de zinc métallique. Quel que soit le lieu où se produit l'anhy- dride carbonique, on peut tirer profit de la présente invention en introdui- sant l'hydrocarbure craquable dans les gaz contenant la vapeur de zinc pen- dant que ceux-ci sont à une température au moins voisine du point d'ébulli- tion du zinc.
Il est ainsi évident que l'invention est applicable au traite- ment d'une atmosphère gazeuse quelconque contenant des vapeurs de zinc mé- tallique dans laquelle, au cours de la production de la vapeur de zinc mé- tallique, on peut introduire un constituant oxydant tel que l'anhydride car- bonique, la vapeur d'eau ou l'oxygène, ou dans laquelle on peut former le constituant oxydant, par exemple par dissociation de l'oxyde de carbone en anhydride carbonique, au cours du refroidissement subséquent des gaz conte- nant la vapeur de zinc.
Les hydrocarbures craquables utiles dans la mise en oeuvre de l'invention sont des hydrocarbures quelconques de nature naphténique, asphal- tique ou paraffinique, naturels ou synthétiques, qui subissent le craquage avec production de carbone naissant à des températures comprises entre 800 et 1300 C. environ et plus particulièrement à une température voisine de cel- le du point d'ébullition du zinc métallique. C'est donc dans le sens ci-des- sus que l'on utilise dans la présente description l'expression d'hydrocarbu- re craquable". Le carbone ainsi produit in situ dans les gaz chauds conte- nant la vapeur de zinc est très finement divisé et en fait flotte comme un nuage de particules naissantes de noir de carbone ou d'une suie extrêmement dispersée.
Ces minuscules particules de carbone sont rapidement chauffées à l'incandescence et, sous cet état naissant et brûlant, sont particulière- ment efficaces en tant qu'agent réducteur ou neutralisant de l'anhydride carbonique, de la vapeur d'eau et de l'oxygène.
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Quelle que soit la forme physique sous laquelle l'hydrocarbure craquable est introduit dans les gaz chauds contenant la vapeur de zinc, la demanderesse a constaté qu'il était essentiel que l'hydrocarbure soit introduit directement dans ces gaz de telle manière qu'il ne soit pas consu- mé de façon excessive par contact avec une autre matière oxydable. C'est ain- si que si l'introduction de l'hydrocarbure craquable se fait dans l'atmos- phère gazeuse d'un four électrique pour fusion du zinc, elle doit se faire de telle manière qu'il ne soit pas consumé par la charge non-réduite pré- sente dans le four, auquel cas il serait consumé par la charge avant d'a- voir atteint l'atmosphère gazeuse contenant la vapeur de zinc.
L'hydrocarbure craquable, ou de la matière en contenant, intro- duit dans les gaz contenant la vapeur de zinc conformément à la présente in- vention peut être sous la forme d'un solide, d'un liquide ou d'un gaz. A ti- tre d'exemple de solide ou de presque solide., on peut citer les composants relativement volatils du charbon bitumineux ou du coaltar introduits direc- tement dans les gaz contenant la vapeur de zinc. On peut utiliser d'une ma- nière particulièrement avantageuse comme hydrocarbures liquides une huile -combustible, du gazoil, du kérosène, etc. L'hydrocarbure craquable peut aussi être sous la forme d'un gaz permanent comàe l'acétylène, le gaz natu- rel, etc.
Quand on charge un hydrocarbure craquable sous une-forme nettement solide, comme c'est le cas du charbon bitumineux, on peut l'introduire avan- tageusement soit indépendamment, soit en mélange avec d'autres portions de la charge sincifère de l'opération métallurgique, en prenant soin que l'hy- drocarbure ainsi chargé puisse être volatilisé directement dans l'atmosphère contenant la vapeur de zinc où il est disponible pour- le craquage in situ a- vec production de carbone naissant. Quand l'hydrocarbure craquable est char- gé sous la forme d'un liquide, on peut l'injecter dans l'atmosphère contenant la vapeur de zinc. On peut de même introduire des hydrocarbures gazeux direc- tement dans les.gaz contenant la'vapeur de zinc.
La demanderesse a constaté que pour obtenir les meilleurs résultats, il était avantageux d'introduire l'hydrocarbure craquable dans l'atmosphère contenant la vapeur de zinc en quantités telles, à intervalles espacés, ou sous un débit tel dans le cas d'une introduction sensiblement continue, que l'on entretienne une masse de particules de carbone flottantes incandescentes suffisante pour neutraliser l'action oxydante de l'anhydride carbonique, de l'oxygène et de la vapeur d'eau normalement présents dans l'atmosphèreo
La quantité d'hydrocarbure craquable utilisée dans la mise en oeuvre de l'invention n'est pas critique mais il est'avantageux qu'elle soit en corrélation avec la quantité de constituants oxydants (anhydride carboni- que, vapeur d'eau et oxygène) présents dans l'atmosphère où se trouve la vapeur de zinc,
cette quantité de gaz oxydants étant évaluée par analyse ou estimation compétente. La quantité d'hydrocarbure craquable utilisée prati- quement dans l'invention est avantageusement choisie de manière telle que la quantité de carbone résiduel provenant du craquage de l'hydrocarbure à la température à laquelle se trouve l'atmosphère contenant la vapeur de zinc soit au moins théoriquement suffisante pour transformer les constituants o- xydants qu'elle contient en gaz non-oxydants (oxyde de carbone et hydrogène).
L'emploi d'une telle quantité d'hydrocarbure craquable produit dans l'atmos- phère contenant la vapeur de zinc un nuange flottant de particules de carbo- ne incandescentes. Une quantité moins grande d'hydrocarbure craquable est également efficace mais assure une protection moins complète du zinc présent dans ladite atmosphère. L'utilisation d'une quantité excessive d'hydrocar- bures craquables est non seulement inutile, mais elle tend à empêcher une condensation efficace en raison de la présence de suie dans le condenseuro L'essai définitif pour déterminer la quantité optimum d'hydrocarbure craqua- ble à utiliser dans chaque cas se fait dans les meilleures conditions en dé- terminant par l'observation la quantité de vapeur de zinc oxydée produite, celle-ci apparaissant sous la forme d'une poudre bleue et d'agglomération d'oxyde.
On constate dans la pratique que des quantités progressivement crois- santes d'hydrocarbure craquable réduisent progressivement la quantité de va- peur de zinc oxydée jusqu'à une valeur minimum et qu'une fois cette valeur minimum obtenue, de plus grandes quantités d'hydrocarbures craquable n'ont
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plus d'action appréciable. La présence dans les gaz sortant du traitement de la vapeur de zinc d'une quantité appréciable de particules dé carbone non consumées indique généralement qu'on a atteint le point d'oxydation minimum de la vapeur de zinc.
On peut illustrer la mise en oeuvre du procédé de la présente invention en l'appliquant à une opération de fusion de zinc au four électri- que ou l'oxydation de la vapeur de zinc est nettement apparente. Le procédé de fusion est mis en oeuvre dans un four électrique monophasé à deux élec- trodes fonctionnant sous une puissance de 300 kw pour fondre le minerai zin- cifère. Les gaz de fusion contenant la vapeur'de zinc sont évacués du four par une ouverture latérale contiguë au sommet du four et sont envoyés direc- tement dans un condenseur à zinc.
La température des gaz de fusion contenant la vapeur de zinc passant à travers l'ouverture latérale est comprise entre' 850 et 950 C. dans le cas de minerais riches contenant 60 % de zinc et peut atteindre 1000 à 1200oC. dans le cas de minerais pauvres contenant 20 % de zinc. L'oxydation de la vapeur de zinc au voisinage de cette ouverture.du four se manifeste par des concrétions gênantes d'oxyde qui s'accumulent ra- pidement à un degré tel qu'elles obstruent en grande partie l'ouverture du four. Pour démontrer la présence d'un constituant oxydant dans les gaz de fusion passant à travers l'ouverture du four, on suspend une électrode en graphite de 76 mm. de diamètre dans le tuyau reliant le four au condenseur, à quelques centimètres au delà du côté condenseur de l'ouverture latérale du four.
On fait fonctionner le four pendant 24 heures environ et, en enle- vant l'échantillon de graphite, on constate qu'il est corrodé au voisinage du point de décharge des gaz du four et que son diamètre est réduit au deux tiers environ de ses dimensions originales.
On applique alors le procédé de la présente invention au four électrique de fusion décrit ci-dessus en remplaçant par 2 parties en poids de charbon bitumineux 1,5 des 12 parties en poids de charbon anthraciteux mélangées avec 100 parties de minerai de zinc'chargée dans le four. On sus- pend une autre électrode de graphite de même section dans la même position que ci-dessus et on fait fonctionner le four pendant trois jours environ avant d'enlever cette électrode. Au bout de cette période, le graphite ne montre aucun signe de corrosion et on n'éprouve aucune gêne due à des con- crétions d'oxyde. La présence de composants volatils du charbon bitumineux dans l'atmosphère du four parait clairement être la cause de la diminution de la teneur en constituants oxydants des gaz du four de fusion.
La charge formée de minerai et de charbon est introduite par des ouvertures disposées dans la voûte du four à des intervalles de 6 minutes environ et est déposée sur la surface des scories où elle flotte jusqu'à ce qu'elle soit fondue.
Dans ces conditions de charge, la matière volatile présente dans le char- bon bitumineux faisant partie de la charge est libérée avant que la charge ait atteint la température réductrice, de telle sorte que les hydrocarbures volatils dégagés pénètrent librement dans l'atmosphère du four au sein de laquelle ils sont craqués avec production d'un nuage de carbone naissant incandescent.
On voit donc que la mise en oeuvre de la présente invention con- duit à une réduction remarquable de la teneur en gaz oxydants des gaz chauds contenant la vapeur de zinc. La demanderesse ne sait pas actuellement si la présence des particules de carbone produites par le craquage des hydrocarbu- res empêche la formation des constituants oxydant des gaz de four ou si elle réduit ou neutralise d'une autre manière les constituants oxydants au fur et à mesure de leur formation. Quel que soit le mode d'action du carbone naissant produit conformément à la présente invention, l'introduction d'un hydrocarbure craquable dans les gaz contenant les vapeurs de zinc empêche l'oxydation de la vapeur de zinc en oxydant les constituants qui existeraient sans cela dans les -gaz dans une proportion telle qu'ils oxyderaient apprécia- blement la vapeur de zinc.